[发明专利]钒钠分离装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及钒钠溶液中的钒钠分离技术，例如湿法提钒工艺中的钒与钠分离、水处理工艺中的钒钠分离等等，特别是一种钒钠分离装置和方法。

背景技术

钒是一种重要的战略资源，广泛应用于钢铁、合金、化工、钒电池等行业中。钒在自然界分布很广，约占地壳质量0.02％，但其分布却十分分散，主要是和金属矿如铁、钛、铀、钼、铜、铅、锌、铝等矿共生，或与碳质矿、磷矿共生。因此如何实现钒与其他元素的分离，是实现钒的应用价值的关键所在。

由于各种矿物的组成和结构不同，因此从不同矿物中提取钒的方法各异。钒渣浸出提钒是一种重要且广泛采用的提钒工艺，即从钒钛磁铁矿(或含矾磁铁矿)提钒，通常采用矿石炼铁——含钒铁水吹炼矾渣——钒渣氧化钠化焙烧水浸提钒的方法。该方法中，不可避免的混入了钠盐，如何实现浸出液中钒钠的分离是提钒工艺的关键所在。

传统的钒钠分离工艺过程如下：

浸出液-净化液-(加(NH₄)₂SO₄)沉钒-(搅拌加热)过滤洗涤-接第1路和第2路。

第1路-多钒酸铵-高温热解-片状V₂O₅。

第2路-沉钒母液-(加FeSO₄)沉淀，得到钒酸铁返回焙烧工序，另外得到滤液进入下一步-(加Na₂SO₄)沉淀-滤液-蒸发浓缩-Na₂SO₄、(NH₄)₂SO₄。

从上述工艺过程中看出，传统钒钠分离工艺流程长，产品质量不稳定、能耗高、污水排放量大，且不易治理。其采用的蒸发浓缩工艺是万不得已的措施。因沉钒母液中含有Na₂SO₄、(NH₄)₂SO₄，既无法返回工艺使用，又难以治理。蒸发浓缩工艺能耗高，每生产1吨V₂O₅需处理废水40m³左右。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提出一种钒钠分离装置和方法。采用所述装置或方法，有利于解决目前在钒钠分离工艺中，工艺流程长，能耗高，钒回收率低等问题，有利于获得最佳的钒钠分离效果，提高钒的回收率，且工艺简单，能耗低，符合国家节能减排的政策。

本发明的技术构思是，采用纳滤膜的膜分离原理和纳滤膜荷电基团的道南(Donnan)效应，在较低操作压力下实现钒钠溶液中不同价态离子钒与钠的分离，从而提高钒的回收率，

本发明的技术方案如下：

钒钠分离装置，其特征在于，包括纳滤膜分离系统，所述纳滤膜分离系统的原液进口通过压力泵连接原液管路，所述纳滤膜分离系统的钠透过液出口连接钠透过液管路，所述纳滤膜分离系统的钒浓液回收口连接钒浓液回收管路。

所述纳滤膜分离系统采用两个或两个以上纳滤膜元件串联而成的膜组件。

所述纳滤膜分离系统采用4个纳滤膜元件串联而成的膜组件。

所述压力泵采用高压泵，所述高压泵的原液进口端连接前置过滤装置，所述前置过滤装置通过增压泵连接原液箱。

所述前置过滤装置采用微滤器，所述增压泵与原液箱之间设置有原液调节阀。

所述钒浓液回收管路连接循环脱钠溶液箱，所述循环脱钠溶液箱与纳滤膜分离系统的钒浓液回收口之间设置有浓液调节阀，所述循环脱钠溶液箱通过脱钠溶液补水循环处理管路连接原液箱。

钒钠分离方法，其特征在于，包括以下步骤：将包含钒钠的原液加压输入纳滤膜分离系统中，通过纳滤膜元件串联而成的膜组件形成原液的反渗透过程和道南效应，使得原液中的钠离子透过膜组件形成钠透过液并进入钠透过液管路，而原液中的钒离子被膜组件截留形成钒浓液并进入钒浓液回收管路。

所述钒浓液通过补加去离子水后进入原液，循环进行纳滤膜分离处理，实现进一步脱钠。

采用纳滤膜处理钒钠混合溶液时，通过调节膜进出压力、PH值及温度，钒离子的单次截留率高达99.5～100％，钠离子的单次截留率≤8％；钒离子的循环截留率高达99.5～100％，钠离子的循环截留率低至0.49％，从而实现钒钠的分离。